Nature Communications | 德国基尔大学研究揭示表观遗传修饰影响小麦致病真菌的自...

突变是遗传变异的来源和进化的基础。全基因组突变率似乎受到选择的影响，并且可能具有适应性。例如，植物病原真菌可以克服植物抗性机制或在几年内对杀菌剂产生抗性。还已知突变率随基因组而变化，可能是对表观遗传修饰的反应，但只是假设因果关系。小麦病原真菌Zymoseptoria tritici是剖析不同基因组区间的突变过程以及表观遗传修饰和环境胁迫对植物病原真菌突变率影响的理想模型。Z. tritici是一种半活体营养病原，感染世界各地的小麦，造成产量的巨大损失。该真菌的二元基因组包括一组13条核心染色体和数量不等的副染色体，这些染色体在有丝分裂期间会出现染色体缺失，在有性繁殖期间会出现减数分裂驱动。

2021年10月7日，国际权威学术期刊Nature Communications发表了德国基尔大学/马克斯普朗克进化生物学研究所Eva Stukenbrock团队的最新相关研究成果，题为Epigenetic modifications affect the rate of spontaneous mutations in a pathogenic fungus的研究论文。

在这项研究中，科研人员使用突变积累方法确定了表观遗传修饰和温度胁迫对小麦病原真菌有丝分裂突变率的直接影响。缺乏表观遗传修饰的缺失突变体证实组蛋白标记 H3K27me3 增加，而H3K9me3 降低突变率。此外，转座元件 (TE) 中的胞嘧啶甲基化使突变率增加了15 倍，导致 TE 移动显着减少。副染色体的突变率也明显更高。最后，科研人员发现温度胁迫大大提高了突变率。综上所述，科研人员发现表观遗传修饰和环境条件会改变基因组中自发突变的速度和位置，并改变其进化轨迹。

图1：基因组特征和实验程序概述，以确定DNA甲基化、组蛋白修饰和温度压力对突变率的影响

图2：Z. tritici的突变谱受表观遗传学修饰和温度影响

图3：副染色体、组蛋白修饰的存在和TEs与野生型中较高的碱基替换突变率有关

图4：组蛋白修饰和TEs与结构变异的发生有关

图5：去除组蛋白修饰H3K9me3和H3K27me3，以及温度升高对不同基因组区间的突变率影响不同

图6：一个功能性的dim2基因与较少的结构变异和TE缺失的影响有关

图7：平均而言，累积的突变会降低植物侵染期间产生分生孢子的能力